民用复合材料的机遇与挑战

        《“十二五”战略性新兴产业发展规划》中明确指出：“新材料产业要大力发展新型功能材料、先进结构材料和复合材料，开展共性基础材料研究和产业化，建立认定和统计体系，引导材料工业结构调整。”特别是先进复合材料在新材料技术领域占有重要的地位，对促进各国军用和民用领域的高科技现代化起到了至关重要的作用，因此近年来其备受重视。
　　以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的先进复合材料自20世纪60年代中期问世之初，主要用于航空航天领域，约占70％～80％ 的份额。但近年来迅速扩展成航空航天、体育休闲用品和工业应用等三大领域。未来航空航天等军用领域约占20%的应用份额，体育休闲用品大约有30％的份额，工业应用将占有50％以上的份额。先进复合材料技术是典型的军民两用技术，高技术向民用转移已是普遍的潮流，复合材料在各种工业领域应用正呈现多元化发展的趋势和特点。
　　在航空航天、体育休闲用品领域，复合材料的应用仍有稳定的市场和需求，并且前者会保持稳定增长。在基础设施方面，复合材料目前应用广的是以包缠料、层压板等形式用于基础设施的修复、更新和加固上，但在国内该领域的应用进展缓慢，而国际上，建筑修补用复合材料已成为一个产业。
　　在汽车领域，限于复合材料材料与制造成本较高，应用进展一直不尽如人意。但近年来随低成本材料的出现和低成本技术的发展，汽车上复合材料的应用呈现良好的发展势头，预计近期会有较大发展，未来也是复合材料应用大的潜在市场。
　　在风力发电领域，随着叶片长度不断增加，对材料强度和刚度要求较高，碳纤维作为增强材料将会大量应用。根据欧洲风能协会和美国风能协会的预测，未来10年，风能产业仍将保持平均两位数的高速增长态势，其中亚洲的和北美洲的美国将继续成为具增长潜力的地区。先进复合材料还在石油天然气领域、轨道交通、电子工业、生物工程和人体医学方面有广泛应用空间。
　　复合材料技术是一门应用性很强的新技术，但应用的实践中也发现复合材料的成本较高，特别是制造成本较高，形成了其进一步发展应用的主要障碍。有鉴于此，该问题引起了各国的普遍重视， 以美国为的西方发达纷纷制订了低成本的复合材料发展研究计划，现已取得了明显效果。复合材料技术发展的低成本化乃是当今复合材料技术发展的核心问题。低成本复合材料技术包括了以下几个主要方面：
　　1.低成本设计技术
　　发展以DFM （Design for Manufacture）为核心的设计制造一体化技术，其实质是随计算机和制造技术的进步， 采用全新的设计理念和手段，发展数字化、自动化的制造技术，将设计和制造进一步融为一体，从而加快产品研发进度，提高质量、降低成本。大量的设计软件的开发和集成，加上自动化的制造技术，在设计阶段就考虑制造与装配上的问题，不但可以减少零件数量，同时可以保证结构的可靠性。
　　2.低成本材料技术
　　该项技术可包括大丝束碳纤维的应用、低温快速固化树脂体系的开发、低成本预浸料技术、各种VARY用树脂体系的配套研发、热塑性复合材料的合理使用，以及混杂复合材料的合理应用等项诸多技术。
　　3.低成本制造技术
　　制造成本大约占复合材料制件总成本的80％左右，所以低成本复合材料技术的核心是低成本制造技术，其主要方面可有：(a)自动化制造技术；(b)以共固化／共胶接为核心的大面积整体成型技术；(c)VARY成型技术；(d)罐外成型技术。
　　复合材料目前已经朝向轻量化、高性能化、多功能化等方面发展。复合材料的工业应用是未来的发展方向，将来不仅是复合材料生产的大国，同时又是复合材料应用的大。但与国外相比，我们在材料和技术方面还存在一定的差距。复合材料在工业领域的应用还面临着诸多挑战：碳纤维的价格不够低，只有通过扩大应用来带动碳纤维价格的下降；适用于工业化产品的快速、低成本制造技术还不够成熟。尽快打造复合材料结构设计-强度分析-快速制造-应用验证的全流程平台可以促成该技术的产生；复合材料的修补技术需要及时跟进；复合材料广泛应用后，废料的循环利用还缺少有效途径，热固性树脂基复合材料更为突出。
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